Микрофлюидное устройство для реализации фармакокинетико-фармакодинамической (PK–PD) модели на чипе

Разработка лекарственных препаратов часто затруднена низкой предсказательной способностью тестов in vitro при оценке токсичности лекарственных средств. Одной из основных причин этого является невозможность воспроизведения фармакокинетики (PK) препаратов in vitro. Существуют математические модели для прогнозирования фармакокинетико-фармакодинамических (PK–PD) характеристик лекарственных средств, однако они имеют ряд ограничений, препятствующих их более широкому применению. Микромасштабный аналог клеточной культуры (microCCA) представляет собой микрофлюидное устройство, основанное на PK–PD-модели, в котором несколько камер для культивирования клеток соединены микрофлюидными каналами для имитации взаимодействий между органами и оценки токсичности лекарственных средств на основе фармакокинетики. Одной из ключевых проблем микрофлюидики, включая microCCA, является необходимость применения специализированных методов сборки и эксплуатации, что ограничивает использование устройства неспециалистами. Здесь описана новая конструкция с повышенным удобством эксплуатации, позволяющая культивировать в гидрогеле клетки различных типов. Поток, создаваемый силой тяжести, обеспечивает работу без насоса и предотвращает образование пузырьков. В трехкамерном microCCA культивировали три клеточные линии, представляющие печень, опухоль и костный мозг, для оценки токсичности противоопухолевого препарата 5-фторурацила. Результат анализировали с помощью PK–PD-модели устройства и сравнивали с результатом, полученным в статических условиях. Каждый тип клеток демонстрировал различную реакцию на 5-FU, причем реакции в микрофлюидной среде отличались от реакций в статических условиях. Сочетание математического подхода к моделированию (PK–PD-моделирование) с экспериментальным подходом in vitro (microCCA) создает новую платформу с повышенной предсказательной способностью для оценки токсичности лекарственных средств и может помочь исследователям глубже понять механизм действия препарата.